Vũ trụ được tính tuổi bằng cách nào?

Nằm rải rác trong chân không của vũ trụ là những vì sao, thiên hà, tàn tích của các ngôi sao và các vật thể khác có tuổi đời hàng tỷ tỷ năm. Tính đến nay, vũ trụ đã tồn tại khoảng 13,8 tỷ năm. Bằng cách nào chúng ta lại biết được điều đó?

Các nhà khoa học cho biết có thể xác định tuổi của vũ trụ bằng cách phân tích ánh sáng và các loại bức xạ khác chu du từ không gian xa xôi, nhưng họ không phải lúc nào cũng nhất trí về số tuổi của vũ trụ và vẫn tiếp tục đi tìm câu trả lời chính xác hơn sau mỗi lần cải tiến các kính viễn vọng quan sát không gian.

Vào những năm 1920, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã tìm ra cách xác định mối quan hệ giữa khoảng cách của một vật, dựa trên thời gian mà ánh sáng đi từ vật đó đến Trái Đất, và tốc độ mà ánh sáng đó rời khỏi Trái Đất, dựa trên có bao nhiêu ánh sáng từ các vị trí xa xôi đã dịch chuyển đỏ. (dịch chuyển đỏ là hiện tượng ánh sáng phát ra từ các vật thể đang chuyển động ra xa khỏi người quan sát sẽ đỏ hơn).

Con số này hiện nay được gọi là hằng số Hubble, mô tả sự giãn nở của vũ trụ tại các địa điểm khác nhau. Theo Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ, hằng số Hubble cao hơn đối với các vật thể ở xa hơn và ngược lại. Điều đó cho thấy sự giãn nở của vũ trụ đang ngày một tăng tốc, nhưng như thế lại làm cho việc tính tuổi của vũ trụ càng khó hơn.

Hiện nay, nhiều nhà khoa học cho rằng vũ trụ đã có 13,8 tỷ năm. Họ đưa ra con số này dựa trên các tính toán vào năm 2020 sau khi đánh giá lại các dữ liệu do tàu vũ trụ Planck của Cơ quan Vũ trụ châu Âu cung cấp cũng và phân tích các dữ liệu thu thập từ Đài quan sát Atacama ở Chile.

Theo cách tính này thì vũ trụ lâu đời hơn khoảng 100 triệu năm so với cách tính trước đó dựa vào số liệu mà tàu Planck cung cấp vào năm 2013. Cả tàu Planck và Đài quan sát Atacama đều đã lập bản đồ nền vi sóng vũ trụ (CMB), tức là ánh sáng còn sót lại từ vụ nổ Big Bang.

Nhờ kết hợp những dữ liệu này với các mô hình hiện có về tốc độ xuất hiện của các loại vật chất và thiên thể khác nhau sau khi mọi vật bắt đầu, các nhà khoa học có thể ước tính quãng thời gian xảy ra vụ nổ khai sinh ra vũ trụ.

Theo các nhà khoa học, ánh sáng từ CMB xuất hiện khoảng 400.000 năm sau vụ Big Bang. Vũ trụ bắt đầu ở thể li tử (plasma), trong đó các photon, hay ánh sáng, gắn liền vào các electron.

Cuối cùng, vũ trụ nguội lạnh đủ để các photon tách ra khỏi các electron, rời khỏi li tử thể và lang thang rải rác khắp không gian, hình thành nên CMB. Như vậy, bằng cách đo xem những ánh sáng rải rác đó ở bao xa, các nhà khoa học ước tính được tuổi của vũ trụ.

Con số 13,8 tỷ năm mới được nhóm các nhà khoa học ở Trung tâm Vật lý thiên văn điện toán của Viện Flatiron, New York, Mỹ, đưa ra vào năm 2020. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra lại CMB bằng kính viễn vọng ở Đài quan sát Atacama.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sỹ Simone Aiola cho biết mặc dù những bản đồ của Atacama bao phủ một khu vực nhỏ hơn so với những bản đồ của tàu Planck, nhưng độ phân giải cao hơn cho phép việc thực hiện các phép đo chính xác hơn. 

Tiến sỹ Aiola cùng các đồng nghiệp đã tạo nên một bước đột phá khi quan sát được CMB ở quy mô nhỏ nhất từ trước đến nay. Nhờ đó họ có thể nhìn thấy nhiều chi tiết và những dị thường cho biết những gì đã xảy ra trong vũ trụ sơ khai và vào thời điểm nào. Bằng cách so sánh những bản đồ có độ chính xác cao này với các dự đoán về tuổi của vũ trụ, nhóm nghiên cứu đã tính ra tuổi của vũ trụ là 13,8 tỷ năm.

Liệu vũ trụ có thể còn "già" hơn như thế không? Cũng có thể! Khi các kính viễn vọng ngày một cải tiến hơn, hiện đại hơn, chúng cũng có khả năng nhìn xa hơn vào quá khứ mà chúng ta chỉ có thể mường tượng, và tìm ra điều gì đó làm thay đổi toàn bộ những gì chúng ta tưởng mình đã biết.